De theorie van de quantummechanica is een van de theorieën die is ontwikkeld om de natuur om ons heen te beschrijven. Na ontdekking in het begin van de 20e eeuw werd quantummechanica het fundament waar vele technologieën op zijn gebouwd: van halfgeleiders voor elektronica tot kernenergie en lasers. De mogelijke toepassingen voor quantummechanica in ons dagelijks leven worden met de dag groter. Sinds de jaren 90 is er dan ook een nieuw vakgebied ontstaan: dat van de quantuminformatiewetenschappen. Dit vakgebied streeft ernaar om de quantummechanica te gebruiken in de informatica, een voorheen voornamelijk wiskundig vakgebied.
Quantumsleutels en encryptie
Een typisch voorbeeld van hedendaagse quantumtechnologieën die zelfs al commercieel verkrijgbaar zijn, is dat van quantumsleutels voor encryptiedoeleinden en quantumsleutelverdelingsmachines. Encryptie (versleuteling) van informatie, en de bijbehorende encryptiesleutels, zijn op zichzelf eeuwenoude concepten. Tot vrij recent was zulke encryptie vooral een wiskundige oefening. Voor het veilig versturen van communicatie zijn namelijk twee dingen nodig: een encryptieprotocol en een bijbehorende sleutel. Het protocol – je de informatie versleutelt en verstuurt – kan op vele manieren geïmplementeerd worden. Dat is doorgaans, afhankelijk van hoe veilig communicatie moet zijn, geen probleem. Het lastige deel is het veilig verdelen van sleutels over de betrokken partijen. Hoe kan je veilig een sleutel delen met degene die uiteindelijk je bericht moet ontsleutelen, via een publiek kanaal zoals het internet waar alle communicatie mogelijk onderschept kan worden? Dat lijkt een onmogelijke opgave, maar het blijkt dat de quantummechanica hier een uitkomst biedt!
Qubits en kraken
Het tegenovergestelde van encryptie en versleutelen van data is natuurlijk het ‘kraken’ van data. Dit kraken is voor de versleuteling die banken en bedrijven alom gebruikten tot nog toe onmogelijk gebleken, maar al in 1994 is er wel een algoritme voorgesteld door Peter Shor, dat in staat zou zijn om zulke zogeheten RSA-encryptieprotocollen te kraken. Om dit voor elkaar te krijgen is er echter wel een heuse quantumcomputer nodig: een computer die werkt op basis van zogeheten ‘qubits’ in plaats van onze gewone ‘bits’. Deze qubits, en de toekomstige machines die hieruit voort zouden moeten komen, zouden een uitermate grote sprong in de natuurkunde betekenen – maar tegelijkertijd ook alle encryptie uit de 20e eeuw volledig verouderd en overbodig maken. Hoe deze qubits werken is op zichzelf al een interessant verhaal, en de technologie erachter zeer intrigerend.
Wil je weten welke quantumtrucs dit veilig verdelen van sleutels mogelijk maken, dan kun je hier terecht. Voor meer informatie over de werking en de bouw van qubits kun je hier terecht.
Afbeelding: Courtesy of IBM Research – Zurich. Unauthorized use not permitted